CN1348509A - 等离子体增强的真空汽相淀积系统,包括使固体蒸发,产生电弧放电,以及测量电离和蒸发的系统 - Google Patents

Abstract

用于真空汽相淀积敷层的设备和方法,提供较简单、经济和连续的操作。一种用于连续地熔化和蒸发固体材料,以形成敷层蒸气的系统和方法,包括使用分开的熔化坩埚和蒸发坩埚。一种用于激励蒸发固体,以形成等离子体的系统和方法,包括第一和第二电极,以及一个用于选择地在第一与第二电极之间转换极性,以避免在电极上的敷层汽相淀积的装置。另一种用于激励蒸发固体,以形成等离子体的系统和方法,包括一个电弧放电设备,它具有一个阴极和一个阳极部分。公开一种连续供给电极,用于电弧放电下电极部件的连续蒸发。一种设备和方法,提供在汽相淀积系统中测量蒸发器的蒸发速度和电离度。最后,公开一种系统,以就地清洁蒸发淀积,以清洁真空汽相淀积系统的壳体。

Description

等离子体增强的真空汽相淀积系统，包括使固体蒸发， 产生电弧放电，以及测量电离和蒸发的系统

本发明一般来说涉及衬底的真空汽相淀积敷层，和在真空汽相淀积中所涉及的方法和系统。更具体地说，本发明涉及由固体源例如硅来产生高度活性的和激励等离子体增强的蒸气，和在连续操作的高速敷层系统之内的等离子体的应用。

等离子体增强的蒸气可以用于淀积到塑料制品上，特别是用于在塑料瓶上淀积玻璃状敷层。与现有技术敷层比较，该敷层提供增强的气体屏障和较好的粘附，并且适合于增压容器，其表面挠曲并且伸展，并且其内部压力作用在外部敷层上。蒸气的主要成分通过在蒸发源中使一种或多种固体蒸发而产生，并且敷层的淀积可以和活性气体或气体一起应用，以提供希望的敷层透明或着色。此外，它可以通过使用多于一种的蒸发源和不同熔点的固体来产生。

因为塑料制品的各种特性，例如低成本、轻重量、柔软性、耐破损及容易制造和成形，所以这些制品的商业应用经历了发展过程。然而，塑料还具有相对低的耐磨损，和例如对水、氧和二氧化碳的蒸气渗入具有较差的阻挡特性的缺点。在食品包装应用中，阻挡特性的限制制约了塑料的使用。例如，在饮料瓶的情况下，不适当的阻挡特性限制了某些市场上要求的较小瓶的使用。这个问题的解决办法包括使用高阻挡塑料和各种类型的敷层，但是它们或不经济，或提供不适当的阻挡改进，或增加已知再循环过程的费用。

对于在塑料上施加敷层，已经研制了一些方法，但是这些方法主要用于塑料膜。研制了相对少的方法，它们允许在预制塑料容器，例如PET瓶上经济地应用玻璃状敷层，其中对敷层的阻挡性能的要求由于瓶壁的挠曲、所述壁在压力下的伸展、和由于瓶内压力所引起的分层力而增加。并且，大多数方法是基于批量生产原则，并且存在非常少的方法，它们能应用于连续进行的处理。

由Plester等人在1997年3月14日提交的U.S.Patent ApplicationSerial No.08/818,342，和1998年3月13日提交的PCT InternationalApplication PCT/US98/05293，叙述了阳极电弧的使用，以对饮料瓶外部敷层，并且它们的公开内容在此全部参考引入。阳极电弧系统还由Ehrich等人在U.S.Patent 4,917,786、5,096,558和5,662,741中公开，它们的公开内容在此也参考引入。

如现有技术所述的基本阳极系统具有下列缺点：

a)当蒸发材料是粉末或颗粒/碎屑形状时，坩埚蒸发材料含量例如硅不能连续地补充。

b)从坩埚放出的蒸气量部分地取决于坩埚的蒸发材料的填充度。由于坩埚填充度是一个连续不断地改变的变数，所以这样可能引起控制问题。

c)从坩埚放出的蒸气量在不同角位移处的分布，也部分地取决于坩埚的蒸发材料的填充度。这样对于几个制品同时敷层来说，难以使用坩埚放出的蒸气，而不使这些制品将会全部接收不同敷层量的危险。

d)坩埚的唇缘受到阳极电弧的侵蚀。这样不仅提出维护问题，而且还意味坩埚的材料因此可能包括在敷层组成中，从而降低了敷层的性能。例如，保持硅的坩埚通常由碳构成，它被阳极电弧侵蚀和蒸发，并且碳蒸气可以自由地形成希望硅或二氧化硅敷层中的沾染物。

e)所述坩埚唇缘侵蚀还影响放出的蒸气量，和该蒸气在坩埚周围以不同角位移的分布。

f)即使在坩埚独立地加热的情况下(而不是有意地由阳极电弧加热)，阳极电弧也表现为第二的和不受控制的加热源。这个第二加热源部分地影响放出的蒸气量，而不管坩埚的独立加热系统的任何控制装置。这样使得蒸发速度的过程控制困难，而蒸发速度是一个重要的参数。

g)阳极电弧使等离子体激励，但是由于这个电弧的能量的不受控制和未知的部分被坩埚中的材料蒸发所耗散，这样使得等离子体增强的临界参数的控制困难。

h)由于阳极电弧的能量的一部分不注意地引起蒸发，所以即使在具有独立坩埚加热的阳极电弧系统中，这样也限制了可用于等离子体增强的能量。

i)考虑到一方面使坩埚加热，而另一方面提供冷却阳极连接的矛盾需要，使用独立坩埚加热的阳极电弧系统在坩埚周围具有复杂设计。这样会带来附加成本和复杂性，过大加热系统和能量浪费，以及由于阳极连接的冷却效应，在关闭时导致坩埚损坏。

j)许多应用，特别是那些包含着色敷层的应用，要求对多于一种的固体物质同时蒸发。为了阻挡增强，还会希望对基敷层添加其他物质。由于这样的物质熔点不同，所以它们不能结合在单蒸发坩埚中，因为在坩埚之内的蒸发分镏将导致较差的敷层组成控制。因此，由于对于过程控制目的，需要各坩埚有一个分开的阳极电弧源，所以必须通过多串阳极-阴极耦合来产生使用阳极电弧系统的多成分敷层。这样不仅使得多成分敷层系统复杂和昂贵，而且还在接近布置的阳极电弧阵列之间冒干扰的危险。

k)阴极的蒸发材料不能连续地补充，因此实际中希望使用缓慢侵蚀的材料。这样与使用阴极，以使等离子体增强和电离最佳的希望效果相反，因为实现最佳等离子体增强和电离的材料经常具有高侵蚀速度。已经发现非常希望使用Zn、Cu、Al、贵金属、碱土金属，特别是Mg，并且在大多数情况下，为了经济操作，需要连续阴极补充。

存在现有技术(German Patent DE 4440521C1，Hinz et al)，其中坩埚用电阻或用热辐射独立地加热，并且其中借助于阴极和分开阳极而分开地提供阳极电弧等离子体增强。然而，这样系统的阳极很快变得敷有坩埚的蒸发材料，或等离子微粒，或当使用活性气体时的反应产品。因此这样系统仅适用于敷层导电的场合，因为否则阳极将会快速地变得不起作用，并且系统将会关闭。由于塑料制品的阻挡敷层经常要求使用不导电材料例如硅的敷层，所以这样的现有技术不能用于许多阻挡敷层系统。

重要的是准确地控制塑料制品上的敷层厚度，因此非常希望能够连续地并且就地测量蒸发源的淀积速度，以便能在整个敷层操作期间，根据需要对所述蒸发源的控制进行调节。现有技术通过测量结晶物质的振荡频率随蒸发固体淀积在所述结晶物质上的变化，提供测量淀积速度的装置。然而，结晶物质很快地变得敷层，并且不再能起作用，因此该系统不适合连续操作的敷层系统中的正常过程控制。需要一种用于淀积速度测量的自再生系统，以增强过程控制。

塑料制品上的敷层量，特别是塑料瓶上的敷层的阻挡特性的品质，取决于电离程度的控制，因此取决于等离子体的能量级。适当高能量的等离子使得衬底表面能够清除污物和惰性分子，促进敷层粘附和敷层纯洁，并且还能够使得敷层微粒变得嵌入衬底，或与衬底起反应，另外促进粘附。高能量等离子体还促进敷层微粒之间的化学反应，因此在衬底表面上形成密实基体，这样进一步增强粘附和阻挡特性。最后，由于高能量碰撞的冲击，高能量等离子体促使敷层微粒以平坦密实物理结构淀积，增强了敷层连续性和密实性。另一方面，过激励等离子体可能使衬底过热，或引起衬底的过度分解或脱气，或损坏敷层。在衬底表面的脱气期间，从它放出的气体与敷层微粒混合，并且降低敷层品质。因此重要的是测量和控制等离子体能量和电离度。现有技术没有教导怎样实现这一点。

需要控制使用高能量等离子体的例子，由碳酸饮料的塑料瓶的阻挡敷层给出。碳酸饮料的塑料瓶上的阻挡敷层必须希望地能够挠曲、伸展，具有能够耐受瓶内部二氧化碳的压力迁移的粘附，并且在使用中坚固和耐磨损。还希望在瓶表面上是密实的，优选地是非晶体的和连续的。这些特性取决于应用受控制的高能量等离子体。

所有蒸发系统在它们的壳体之内淀积微粒，壳体通常是高真空壳体。在真空下操作是必要的，以便避免热敏感衬底例如塑料的热损坏，并且还避免汽相反应，这样又将减少阻挡和敷层的其他品质，因为许多这些希望的特性取决于敷层微粒的表面上相互作用。在真空壳体之内淀积的微粒趋于扰动敷层系统的机械操作，特别是趋于吸收挥发物，并且使得真空抽气更困难。结果，这样真空壳体的壁必须定期地清洁，并且这样包含生产损失和关闭。为了连续操作，希望一种就地清洁系统，它能够定期地和快速地清洁壳体内部，而不释放真空和打开壳体，而且这种系统将会通过减少关停时间而改善经济操作。

因此，本发明的一个目的是提供一种系统，以用于一种或多种固体材料，通常为无机固体材料的等离子体增强蒸发，并且以一种能够连续操作和提供良好控制的高能量等离子体的方式，利用或不用活性气体，在塑料衬底例如塑料饮料容器的汽相淀积敷层中，使用这样的蒸发系统。以下是本发明的更多目的：

a)能够使被蒸发的和用于敷层的固体材料在蒸发器坩埚系统之内得到补充，而不中断蒸发器操作；

b)能够使所述蒸发器坩埚在其操作期间保持在大致相同的填充度；

c)在所述坩埚周围提供蒸气微粒分布，其连续地保持恒定和良好引导；

d)提供一种蒸发系统，其中供给坩埚的蒸发能量和这个能量的控制大致上与供给等离子体增强的能量无关；

e)提供一种具有电弧放电等离子体增强的蒸发系统，它对各系统功能具有改进控制，大致上避免蒸发器坩埚的侵蚀或损坏，其坩埚能具有较简单设计，该系统能和其淀积固体为不导电的蒸气一起操作，它能够使几种材料分别蒸发，但是用相同的单电弧得到加强；

f)能够连续补充阴极的蒸发材料；

g)通过在阴极使用快速侵蚀的材料，特别是Mg、其他碱土金属和相对低熔点的金属，能够得到高能量等离子体；

h)能够使阴极侵蚀所产生的材料(例如Mg、碱土金属、低熔点金属等)结合为敷层中的掺杂物；

i)能够在连续进行的敷层处理中，大致上不中断地测量和控制蒸发速度和电离度；以及

j)能够就地清洁真空壳体而无需释放真空，从而增强连续进行敷层处理的操作。

本发明的上述和其他目的通过提供一种连续地熔化和蒸发固体材料的系统和方法来实现，以用于一种汽相淀积敷层系统，一种包括所述连续熔化和蒸发系统的汽相淀积敷层系统，一种包括电弧放电系统的汽相淀积敷层系统，该电弧放电系统在操作期间在电极之间转换极性，一种包括电弧放电系统的汽相淀积敷层系统，该电弧放电系统包括一个具有结合的阳极和阴极部分，以用于电离的电极，一个用于产生电弧放电和敷层蒸气的连续供给电极，一种用于测量汽相淀积敷层系统中蒸发器的蒸发速度和电离度的系统，和一种自清洁汽相淀积敷层系统。本发明的这些方面各自概述如下。

本发明用于连续地熔化和蒸发固体材料的系统包括一个熔化坩埚，以接收和熔化固体材料，以形成熔化材料，和一个蒸发坩埚，以使熔化材料蒸发。蒸发坩埚与熔化坩埚流通地连接到熔化坩埚，以从熔化坩埚接收熔化材料，并且随着熔化材料蒸发，通过蒸发坩埚中的开口释放蒸气。这种布置允许对熔化坩埚连续地添加附加蒸发固体材料，而不妨碍蒸发坩埚中熔化固体的蒸发。因此，在蒸发器的操作期间，能对蒸发器连续地添加固体蒸发材料，以便结合这种熔化和蒸发系统的敷层系统能在延长期间内无中断地继续。此外，因为蒸发坩埚能与熔化坩埚分开，所以熔化坩埚和蒸发坩埚能分开地加热和保持不同的温度，并且能使蒸发坩埚比熔化坩埚小得多。另外，能安排蒸发坩埚和熔化坩埚，以便蒸发坩埚中熔化蒸发材料的液面大致上保持恒定，以提供恒定的和良好引导的敷层蒸气。

本发明用于连续地熔化和蒸发固体材料的对应方法因此包括如下步骤，以使熔化坩埚中的固体材料熔化，以形成熔化材料，使熔化材料从熔化坩埚流到与熔化坩埚连接的蒸发坩埚，使蒸发坩埚中的熔化材料蒸发，以形成蒸气，并且使蒸气从蒸发坩埚释放。本发明的这种系统和方法希望地包括随熔化材料蒸发，把固体蒸发材料连续地和自动地供给熔化坩埚，以便在熔化材料的蒸发期间，使蒸发坩埚中的熔化材料保持在大致恒定的液面。这种连续熔化和蒸发系统的各种各样的实施例包括一种布置，其中安排熔化坩埚和蒸发坩埚，以便熔化坩埚和蒸发坩埚使熔化材料保持在相同的液面；一种布置，其中蒸发坩埚通过毛细作用，从熔化坩埚吸取熔化蒸发固体；和一种布置，其中蒸发坩埚通过热虹吸力，从熔化坩埚吸取熔化蒸发材料。其他实施例包括一种布置，其中一个枢轴转动的熔化坩埚使固体蒸发材料熔化，并且周期地把熔化蒸发材料灌注到一个蒸发室中；和一种布置，其中一个电加热元件使熔化坩埚中的固体蒸发材料熔化和蒸发。这样的实施例不要求用电弧放电的能量来蒸发固体材料，并且简单、相对便宜和耐热损坏。

上述用于连续地熔化和蒸发固体蒸发材料的系统特别在真空汽相淀积敷层系统中有用，其中在一个真空室之内安排该连续熔化和蒸发系统，在该真空室之内能够保持真空。

本发明包括在电极之间转换极性的汽相淀积敷层系统和方法，包括在真空室之内形成真空，对真空室供给敷层蒸气，使敷层蒸气通过真空室中布置的第一电极与真空室中布置的第二电极之间的间隙，对第一和第二电极供给电功率，以便第一和第二电极成为相对地充电，并且在第一与第二电极之间产生电弧放电，以及当供给第一和第二电极电功率的时候，在第一与第二电极之间转换极性。希望地自动操作转换，并且在第一与第二电极之间重复地转换极性，而且电源是DC电源。通过在第一与第二电极之间转换极性，各电极在阳极与阴极功能之间交变，以便当电极为阳极功能时淀积在第一和第二电极上的敷层蒸气，在电极为阴极功能时被蒸发。最终，当敷层蒸汽不导电时，它会破坏汽相淀积敷层系统中电极的操作。通过在第一与第二电极之间转换极性，第一和第二电极大致上保持没有淀积敷层。

根据本发明的另一种汽相淀积敷层系统和方法，在一个真空室之内形成真空，对该真空室供给敷层蒸气，使敷层蒸气邻近通过一个电弧放电设备，以及对该电弧放电设备供给电功率，以便电弧放电设备的阴极部分成为负充电，而至少部分地覆盖阴极的阳极罩成为正充电，以便在阴极与阳极罩之间产生电弧放电。该电弧放电设备包括一种使阴极与阳极罩连接的电绝缘材料，并且阴极和阳极罩安排形成一个电离室，使阳极罩具有一个等离子体排放开口。当对电弧放电设备供给电功率时，在电离室内阴极与阳极罩之间产生电弧放电，阴极发射电子，并且由敷层蒸气源使得安排在真空室中的敷层蒸气电离，阴极在电离室之内蒸发并形成电离阴极蒸气，而且电离的阴极蒸气从阳极罩的排放开口发出，并且与蒸发源的敷层蒸气和真空室内的活性气体(如果有的话)混合，以形成敷层等离子体。对于在汽相淀积敷层系统中产生等离子体增强敷层蒸气来说，上述方法和系统相对简单和经济。

本发明的连续供给电极包括多个电极部件，它们当电连接以提供电弧放电时被蒸发，一个外壳，限定一个顺序地接收电极部件的装料室，并且包括一个电绝缘套，和一个电极部件供给器，以通过外壳中的绝缘套，连续地把多个电极部件顺序地供给电弧放电位置，以便一次把多个电极部件中的一个供给电弧放电位置。本系统能够连续地补充电极蒸发材料，并且能够在高能量等离子体敷层系统的阴极，使用快速侵蚀的材料，能够使得由电极部件蒸发所产生的材料结合为汽相淀积敷层系统中的掺杂物，并且能够在电弧放电汽相淀积敷层系统中大致上不中断地产生电离蒸气。

希望地，连续供给的电极起电弧放电系统中的阴极作用。电极部件希望地是细长杆或圆柱，并且自动地从一个仓库供给装料外壳，以便电极部件供给器能连续地把多个电极部件顺序地供给电弧放电位置。另外，连续供给电极包括一个冷却系统，以使一个处在电弧放电位置的电极部件冷却。

本发明还包括一种电弧放电设备，它包括上述连续供给的电极，一个阳极，和一个电源，以对一个电极部件和该阳极供给电功率。供给电功率，以便该一个电极部件和阳极成为带相反极性的电荷，使该一个电极具有阴极电荷，而阳极具有阳极电荷。这样在该一个电极部件与阳极之间产生电弧放电，以便随多个电极部件各自供给电极外壳之内的电弧放电位置，顺序地蒸发多个电极部件。

可选择地，本发明包括电弧放电设备，它包括上述连续供给电极，和一个电源。连续供给电极包括一个罩，以至少部分地覆盖电弧放电位置的一个电极部件。一种电绝缘材料使电弧放电位置的一个电极部件与罩绝缘，并且罩安排形成一个电离室，从外壳对其供给电极部件。当电源对电弧放电设备供给电功率时，供给电弧放电位置并且供入电离室的一个电极部件成为负充电，并且罩成为正充电，以便在电离室中在一个电极部件与罩之间，产生电弧放电，一个电极部件在等离子体室之内蒸发并形成电离蒸气，并且电离蒸气从罩的排放口放出，以与蒸发源的蒸气混合，并且形成等离子体。

本发明还包含一种汽相淀积敷层系统，它包括上述连续供给电极，和一个其中安排连续供给电极的真空室。本汽相淀积敷层系统还包括一个安排在真空室内的敷层蒸气源，一个安排在真空室内的第二电极，和一个电源，以对一个电极部件和第二电极供给电功率，以便使一个电极部件和第二电极成为带相反极性的电荷，产生电弧放电，并且使敷层蒸气电离。希望地，本汽相淀积敷层系统还包括一个抽空室，以当真空室保持真空的时候，把电极部件供给真空室。抽空室能够从真空室外接收电极部件，从抽空室抽空气，并且在真空下把电极部件供给真空室，而不破坏真空室之内的真空。

本发明还包含一种设备，以测量蒸发器的蒸发速度，和汽相淀积敷层系统中的电离度，它包括两个与电线连接的电路。第一电路包括一条电线，一个安培计，与电线连接，以测量通过电线的电流，和一个可变DC电源。当电线暴露在电离气体中时，电流从所述DC电源流过安培计，并且流过电离气体，流到电离气体壳体或真空室的壁，并且流到地。由安培计测量的电流与电离气体的电离度有关，并且随电离度增加而增加。

第二电路包括所述电线，一个DC或AC电源，和一个开关。该设备希望地包括一个定时器，以控制开关的断开和闭合。当电线变冷时，电离气体的微粒淀积到所述电线上，并且这些微粒的电阻减小了第一电路中的电流。当开关闭合时，电流在第二电路之内流通，并且使所述电线加热，因此引起淀积微粒再蒸发，这样防止了这些微粒使电线绝缘，并且影响电流。因此只要电线被加热，第一电路中测量的电流就保持与电离度的恒定关系。通过用常规手段调节电源到电弧的电流，能使用提供这种关系的电离度的测量，以控制电离度。

当开关断开时，电线冷却，并且电离气体的微粒开始淀积到电线上。这些微粒的电阻使第一电路中的电流减小，并且减小率与微粒的淀积速度有关，这样又与蒸发器和电弧装置产生敷层微粒的速度有关。因此通过用常规装置调节电源到蒸发器的电流，能控制蒸发速度。

汽相淀积系统本身如上所述，并且包括一个壳体或室，其通常必须保持真空，和一个电离敷层蒸气源，其安排在所述室之内。自清洁装置包括一个电极，或多个电极，安排在室之内。电极与电源连接，并且安排为室之内的整个气体空间能经受电离放电。电源的适当形式包括HF、RF和DC。随着衬底的敷层在室内进行，不可避免地使敷层微粒也淀积在室内部上和其内部部件上。这样淀积包括挥发成分，它们能再蒸发，并且削弱敷层系统的功能。通过对安排在真空室内的电极供给足够的电离功率，使真空室内的气体电离，以便电离气体除去淀积敷层蒸气，则使室内部和其内部部分之内的淀积的挥发成分除去。这一点能在敷层系统的操作期间，或当敷层系统不起作用的时候完成。

本发明的其他目的、特点和优点将从以下详细说明、附图和权利要求变得显而易见。

图1是根据本发明的一个实施例制成的蒸发系统的示意图，它包括一个与蒸发坩埚连接的连续供给熔化坩埚。

图1A、图1B、图1C、图1D和图1E是根据本发明的特别实施例的连续供给双坩埚系统的可选布置的示意图。

图2是根据本发明的一个实施例制成的蒸发系统的示意图，其中通过一对其相对极性周期地交变的DC电极产生的电弧，使蒸气激励为等离子体状态。

图2A是除两对其相对极性周期地交变的电极外，与图2类似的蒸发系统的示意图。

图3是根据本发明的一个实施例制成的蒸发系统的示意图，其中通过阴极/阳极组合的放电，使蒸气激励为等离子体状态。

图4是根据本发明的一个实施例制成的连续供给电极的侧视图。

图4A是图4说明的电极的截面端视图。

图4B是图4说明的连续供给电极的电极部件供给器的示意图。

图5是根据本发明的一个实施例的系统的示意图，用于测量真空汽相淀积敷层系统之内的蒸发速度和电离度。

图5A是当用图5说明的电路测量电离度时，电流对电压的示例曲线图。

图5B是说明根据本发明的一个实施例的选择系统的示意图，用于测量真空汽相淀积敷层系统之内的蒸发速度和电离度。

图6是根据本发明的一个实施例的真空室的示意图，在它之内安装几个DC放电探测器(或可选择地RF或HF天线)，使得能够在真空室内部之内放电。

综述

如上概述，本发明包含真空汽相淀积系统和方法，以及用于衬底上的真空汽相淀积的系统和方法。以下包括本发明的实施例的详细叙述，包括蒸发系统和方法，具有极性转换电极的电弧放电系统和方法，具有结合阴极/阳极电极的电弧放电系统和方法，具有连续供给电极的电弧放电系统和方法，用于测量汽相淀积敷层系统中蒸发速度和电离度的系统和方法，以及自清洁真空汽相淀积敷层系统。在详细叙述中，相同标号在所有图中用来指同样部分。

蒸发系统和方法

图1表示一种适用于固体例如硅的蒸发系统，并且主要包括一个熔化坩埚1，一种熔化蒸发材料2，一个短导管3，和一个通过短导管与熔化坩埚液体流通地连接的蒸发坩埚4，该蒸发坩埚取直通的相对窄腔管的形式。在本布置中，熔化坩埚1和蒸发坩埚并排。熔化坩埚1由熔化坩埚加热器5加热，该加热器是适当的常规装置，并且通常由辐射加热器，或接触加热器，或电阻加热器组成。例如，为了熔化硅，拥有外部绝热覆盖的辐射加热器是一个有效的解决办法。熔化坩埚加热器5设有一个可调节的AC或DC电源6，并且该电源结合必要的常规装置，以控制熔化坩埚加热器5的能量输出，以便提供温度控制。

待熔化的固体蒸发材料7通过一个供给器例如斜道8，以粉末、或碎片、或颗粒、或其他类似的形状，通过一个开口供给熔化坩埚1。用于真空汽相淀积敷层的适当固体蒸发材料包括硅，并且在PCTInternational Application PCT/US98/05293中列出，这里已经参考引入。与斜道8连接的供给系统的设计没有表示，并且将取决于材料和其形状，而且使用常规材料供给装置。例如，在用硅作为固体蒸发材料时的情况下，材料优选地将为颗粒形状，并且供给系统将包括一个仓或箱，以保持所述颗粒，和一个在仓/箱底部的阀系统，以能够每当熔化坩埚1要求材料补足，就使得控制量的颗粒流下斜道8。每当熔化坩埚1内的熔化蒸发材料的液面9降低预定量，所述材料补足就是必要的。使用常规非接触方法，例如X射线、超声波，或通过和刚性地附于其上的任何部件一起称量熔化坩埚1的重量，则能用一个液面监视器10来监视熔化蒸发材料的液面9。

熔化蒸发材料2通过导管3从熔化坩埚1流到蒸发坩埚4。使用已经对熔化坩埚1的加热叙述的类似常规装置，通过蒸发坩埚加热器11和一个分开的可调节的蒸发坩埚电源12，对蒸发坩埚4加热。蒸发坩埚4加热到适合使蒸发坩埚中的熔化蒸发材料2蒸发的温度，并且产生的敷层蒸气通过蒸发坩埚顶部的开口13从蒸发坩埚释放。蒸发坩埚4的电源12与熔化坩埚1的电源独立地控制，以便希望比蒸发坩埚大的熔化坩埚的温度，能保持在比蒸发坩埚的温度较低的水平。

由于自然液力而引起，熔化坩埚1中材料2的液面9等于蒸发坩埚4中的液面。由于蒸发材料2自动地供给熔化坩埚1，以保持液面9，所以随着熔化蒸发材料蒸发，这样自动地保持蒸发坩埚4中大致恒定的和正确的液面，因此实现蒸发坩埚的恒定蒸气放出和恒定微粒分布的条件。

蒸发坩埚4的蒸发速度使用常规加热器功率调节装置，通过调节输入到蒸发坩埚电源12的能量来控制。蒸发坩埚4的蒸发速度通过下文所述装置，调节为提供敷层处理的希望速度。

熔化坩埚1设有一个盖15，以减少蒸气的迁移。这个熔化坩埚1中的过量蒸气会对斜道8及加热器5和11的材料供给系统产生不利的影响。理想地，熔化坩埚1应该保持在足以使蒸发材料2熔化，同时产生最少蒸气的温度。熔化坩埚1中蒸发材料2的温度控制通过电源6的能量输入，并且这个能量输入由常规装置调节。能量调节器能根据颗粒7的流入速度来控制，该流入通常将为恒定，或可选择地，根据常规非接触装置的蒸发材料2的温度测量，例如IR测量来控制。可选择地，温度测量16能利用熔化坩埚1的壁中嵌置的电阻温度计或双金属热电偶。

为了对热敏制品例如PET饮料瓶敷层，重要的是减小蒸发系统辐射的热。一个热屏蔽17覆盖熔化坩埚1和连接导管3，它由适当的耐热和耐腐蚀反射材料，例如不锈钢制成。图1说明的系统特别对于避免敷层制品的热损坏有利，因为能够直接对敷层制品辐射热的唯一部分是蒸发坩埚4，因为蒸发坩埚由于其连续供给而具有很小容量，所以其尺寸小。

虽然图1没有说明，但是熔化坩埚1能根据特定系统的需要，通过多个导管3，与多于一个的蒸发坩埚4连接。这样的布置减小了成本和/或斜道8的多个固体供给系统的复杂性。

所述蒸发系统的构成材料将取决于待蒸发的材料2。一般地，蒸发系统的适当构成材料能在没有变坏或熔化下，耐受使固体蒸发材料2熔化和蒸发所必须的高温，并且必须对蒸发材料2为惰性。对于硅的蒸发，系统部件1、3和4优选地由碳的导热等级构成。

图1A、图1B和图1C表示图1说明系统不要求短连接管3的型式，因为这个特点能导致某些物质的熔化蒸发材料2的泄漏。在图1A中，熔化坩埚1a由熔化坩埚加热器5a和可调节电源6a加热。一个管状蒸发坩埚4a安装在熔化坩埚1a之内，以便熔化坩埚使熔化材料2保持在第一液面，而蒸发坩埚使熔化材料保持在比第一液面高的第二液面，并且蒸发坩埚至少部分地浸没在熔化材料中，它通过毛细作用，从熔化坩埚通过蒸发坩埚把熔化材料吸到蒸气释放开口13a。管状蒸发坩埚4a的顶部伸过熔化坩埚盖15a中的一个开口，并且由蒸发坩埚加热器11a和关联可调节电源12a加热，因此使熔化蒸发材料的温度从熔化温度水平达到蒸发温度水平。

安排一个溢出腔18，以允许过量熔化材料2滴回到熔化坩埚1a。这个溢出腔18能够使得管状蒸发坩埚4a的顶部的外面基本上保持没有熔化蒸发材料2，因此管状蒸发坩埚4a的顶部可以由常规辐射或电阻加热来加热。为了相同目的，并且应用相对图1已经叙述的相同基本结构，在熔化坩埚1a之上安排一个热屏蔽17a。蒸气以和图1所述相同方式，从管状蒸发坩埚4a顶部的释放开口13a放出。蒸发材料2的温度和蒸发材料的液面9的控制也如图1所述。

在图1B中，熔化坩埚1b具有一个伸下熔化坩埚底部的井19，和一个可调节电源6b。管状蒸发坩埚4b的脚部紧紧地与井19配合，并且能由一个小通道20从熔化坩埚1b供给熔化蒸发材料2，而且蒸发坩埚的上部通过熔化坩埚的盖15b中的开口，从熔化坩埚伸出。管状蒸发坩埚4b安装在熔化坩埚1b之内，以便熔化坩埚1b使熔化材料2保持在第一液面，而蒸发坩埚使熔化材料保持在比第一液面高的第二液面，并且蒸发坩埚至少部分地浸没在熔化材料中，它通过热虹吸力，从熔化坩埚通过蒸发坩埚把熔化材料吸到蒸气释放开口13a。与接近蒸气释放开口13b的蒸发坩埚4b的上部那样，井19由蒸发坩埚加热器11b和关联可调节电源12b从外部加热到蒸发温度。通过热虹吸力的作用，熔化蒸发材料2沿管状蒸发坩埚4b上升，并且过量熔化蒸发材料2通过一系列腔18a，连续地溢出返回到熔化坩埚1b。为了相同目的，并且应用以上已经叙述的相同基本结构，设置热屏蔽17b。蒸气以和图1已经叙述相同方式，从管状蒸发坩埚4a顶部的蒸气释放开口13a放出。蒸发材料2的温度和蒸发材料的液面9的控制也如图1所述。

在图1C中，管状蒸发坩埚4c是熔化坩埚1c和其喷嘴状延伸1’c的一个整体部分。这种布置会是有利的，其中难以密封通过部件接合从熔化蒸发材料2的蒸气放出，因为这样的接合在图1C中完全避免。颗粒7的流现在流到喷嘴状延伸1’c，以便使蒸发材料的液面9保持大致恒定。熔化坩埚1c结合一个松动挡板1”c，它通过喷嘴状延伸1’c的开口引入，并且这个松动挡板1”c防止未熔化的颗粒7流到管状蒸发坩埚4c。图1C的蒸发系统和相对图1A和图1B已经叙述的系统类似地起作用，并且结合熔化坩埚加热器5c，蒸发坩埚加热器11c，关联可调节电源6c和12c，以及热屏蔽17c。

图1D表示使分批操作的熔化坩埚1d中的蒸发材料2熔化的方法，熔化坩埚1d以已经叙述方式由坩埚加热器5d和电源6d加热。熔化坩埚1d在其竖立位置时(实线所示)，通过斜道8d接收固定分批的固体颗粒7。当分批的固体颗粒7已经熔化时，熔化坩埚1d能倾斜到灌注位置(链包盖线所示)，并且在这个位置释放要求量的熔化材料2，使其沿导管3向下流到达蒸发坩埚4d。材料2的释放量由液面监视器10a控制，以便保持液平面9。随着材料2在蒸发坩埚4d中蒸发，液面9d下落，并且通过倾斜熔化坩埚1d重复装填操作。熔化坩埚1d能装配灌注喷嘴1’d和灌注筛网1”d，以避免滴落和避免材料2的相对大的固体块传到蒸发坩埚4d。蒸发坩埚4d使用常规加热器功率调节装置，由蒸发坩埚电源12d加热。熔化坩埚1d的倾斜利用常规装置(未示出)。

图1E表示避免需要蒸发坩埚的装置，特别是其中蒸发材料2在冷却固态下几乎不到电，但是随着固体被加热而逐渐增加其导电率，并且在熔化状态下进一步增加其导电率，如硅的情况那样。固体颗粒7通过斜道8e供给熔化坩埚1e，以便保持接近颗粒液面9e。在可调节电源6e之间，通过开关81，并且通过与坩埚1e的底部接触的导电蒸发元件或杆4e，形成一个电路。杆4e由所述电路中的电流加热，并且因此能使得与其接触的材料2的固体颗粒7熔化。杆4e因此在其紧邻附近并且接近其底部，保持一个熔化材料2的池(如图1E所示)，并且这个池被固体颗粒7壳体。

制造导电杆4e的适当材料取决于被熔化的蒸发材料2的组分。一般地，适合制造熔化坩埚1e的材料适合制造导电杆4e。因此希望地，导电杆4e由在蒸发材料熔化和蒸发的条件下，对蒸发材料2大致惰性的材料制成。当蒸发材料2是硅时，导电杆4e希望地是碳。

取决于蒸发材料2的特性，有可能在启动时，有必要用外部加热源产生初始熔化的材料2。当出现这个熔化启动需要时，固体颗粒7最初或能用电弧，或能用图1a至图1d已经叙述的加热器和电源装置来熔化，电弧能由通过电源26e与熔化坩埚1e连接的阴极35e产生。在使用电弧的情况下，通过闭合开关82，使电极35e转换为负极性，并且通过闭合开关81，利用对熔化坩埚1e的正极性放电而形成电弧，而且保持这个电弧，直到固体颗粒7足够熔化，以产生熔化材料2的初始池为止，则能实现这个初始熔化，电极35e与下文参考图3所示和叙述的电极35类似。熔化材料2的这个池于是能对固体颗粒7的质量传导足够热量，以简单地利用杆4e产生的热，保证熔化过程能继续，而不再需要外部加热源。从这点来说，电极35e能回复其正常功能，并且能以下文所述方式产生等离子体，因为它仅需要在启动阶段产生熔化材料2。如下文参考图2所述的电极20还能在启动阶段暂时地转换，以通过开关连接电极20中的一个，产生熔化材料2，以便符合图1e为此目的所示的电路。杆4e能取各种其他导电元件的形状，例如盘或其他类似形状。并且，可以应用多个杆4e。

在硅(或与硅类似的表现负温度系数的材料)的特别情况下，电极系统35e可以通过开关81和82使用，只要以坩埚1e为底部的杆4e的电连接变得不适当时，就使固体颗粒7加热和熔化。使用电极35e的加热通过开关81和82保持，直到在坩埚1e底部由于硅的导电而引起通过杆4e的电流重新开始为止。

取决于材料2的特性，并且特别在硅的情况下，由于电磁力而引起，使得流过杆4e的电流强制有些熔化材料2流到其杆端4’e和4”e，从而4”e在液面9e之上。熔化材料2的薄膜向上流到杆端4”e，在那里它遇到杆4e的最热部分，因为这个部分必须传导电源6e的全部电流，它与完全和导电熔化材料2接触的杆4e的部分，例如在杆端4’e的情况下相对，因为熔化材料2帮助增加电路。当蒸发材料2与杆4e的最热部分(即杆端4”e)接触时，它被蒸发，并且蒸气从蒸气释放开口13e放出。调节杆4e的电源6e，以提供材料2的要求蒸发速度，并且这样保持熔化材料2的量与杆4e接触，这样又保持电路，并且能够使蒸发继续。

具有极性转换电极的电弧放电系统

图2说明一种电弧放电设备，它包括两个相同的电极20，电极20包括一个对其连接DC电势的适当敷层处理特定材料的盘21，一个电绝缘套22，一个罩23，和一个冷却系统24，它包括与盘21良好热接触的水冷室。

电极20的盘21与一个转换系统25连接，转换系统25又与一个可调节DC电源26连接，其能量输出由常规装置调节。转换系统25能够使两个电极的极性(+或-)改变，以便当一个电极A成为负充电即阴极时，电极B同时成为正充电即阳极，反之亦然。

在阴极(即负极性状态)，电子流从盘21形成，并且使蒸发系统27的蒸气电离，以形成等离子体。盘21在电弧过程期间侵蚀，并且侵蚀速度取决于选择的材料。由于侵蚀材料通过气体阶段，并且被电离，以在罩23和盘21限定的空间之内形成等离子体，所以它与蒸发系统27的蒸发微粒所形成的等离子体混合。通常希望选择盘21的材料，以便其侵蚀微粒能在敷层之内形成增强特性的掺杂物。两个电极A和B的盘21的组成甚至能不同，以便对敷层蒸气添加多种成分。

例如，在蒸发系统27中通过蒸发硅(或氧化硅)来淀积氧化硅的情况下，经常希望通过添加盘21的侵蚀微粒，对蒸发系统供给的主敷层添加掺杂物。在主要为硅或氧化硅敷层的情况下，有用掺杂物在PCTInternational Application PCT/US98/05293中公开，并且这些掺杂物或能在盘21的基本材料之内成为合金，或盘21能直接由它们组成。盘21的常用基本材料是黄铜和镁。

罩23的材料应该基本保持对电弧放电过程惰性，并且因此耐侵蚀和腐蚀。例如，不锈钢适合许多应用。

电极A和B及蒸发系统27安排在能够保持真空的真空室中(例如图6)。蒸发系统27或利用如图1所述的方法，或利用任何其他装置，例如常规加热坩埚的简单装置，由固体产生蒸气。安排蒸发系统27，以便从蒸发系统放出的蒸气主要通过电极A与B之间的间隙。由于电极A和B相对地充电，所以在它们之间发生放电，并且形成由盘21释放的离子和电子，由蒸发系统27的蒸气产生的电离材料，和电离活性气体(如果使用)所组成的等离子体。当活性气体是敷层的必要成分时，活性气体或气体(未示出)不供给电极A与B之间的空间。使用活性气体的例子是和真空室中的硅蒸气一起，应用氧作为活性气体，以产生透明的氧化硅敷层，并且在由Plester等人提交的U.S.PatentApplication Serial No.08/818,342，和已经参考引入的PCTInternational Application PCT/US98/05293中叙述。

电极A和B的详细操作如下。当电极A为阴极，而电极B为阳极时，电极A由开关25转换为负极性，而电极B转换为正极性。在两个电极之间形成放电电弧，并且电极B的盘21逐渐成为敷有蒸发系统27和盘21的微粒。同时，电极A的盘21由于微粒的释放而开始蒸发和侵蚀。如二氧化硅或硅的情况那样，如果敷层微粒不导电，具有微粒的电极B的盘21的敷层将导致两个电极之间的电弧的破坏。通过在一段时间之后转换极性，以便电极B成为阴极，而电极A成为阳极，则电极B的盘21开始侵蚀，并且因此自然地清洁在其作为阳极期间收集的任何淀积，而电极A的盘21开始接收敷层。电极A和B因此通过极性的转换，保持没有绝缘淀积，并且对于特定过程，和保持可维持放电电弧的要求，调节转换的频率。

在电极A与B之间建立的电弧强度，和蒸发系统27的蒸气的电离度，由独立于蒸发系统的电源的电极电源26的能量输入来调节。在开关25的极性转换的瞬间，在电极A与B之间建立的电弧可能取决于转换的快速性而熄灭。各电极A和B装配一个点燃系统28，它常规上由机械操作的金属指或导电元件组成，由连接29与DC电源的阳极连接，并且使得在点燃瞬间即刻与阴极电极的盘21接触，以便重新开始点燃，并且重新启动电极之间的放电电弧。连接29能根据要求结合电阻器29a和开关29b，以控制点燃系统。

虽然在图2中仅表示一个蒸发器27，但是应该理解，能使用电极A和B的布置，以电离多个蒸发器的蒸气，由各种不同组成的蒸气产生电离气体混合物。

图2a表示图2布置的选择布置，这种布置在图2的A和B位置的电极20转换极性时，避免需要重新点燃。在图2a，使用表示为20A、20B和20C、20D的两组电极，并且各组具有一个分开的DC电源26和转换系统25。两组电极的转换被定相，以便任何瞬间仅有一组转换极性，留下另一组保持等离子体。通过保证转换快速，并且电极安排靠近由蒸发系统27和电极20本身产生的等离子体云，则这个等离子体担当电极的重新点燃装置。

应该理解，虽然图2a说明两对电极，但是只要在操作期间的任何时候，至少一对电极产生电弧放电，则可以同时使用多于两组电极。

具有结合阳极/阴极电极的电弧放电系统

图3表示图2所述的电弧放电设备的一种选择，它表示一个电极35，该电极35包括一个盘21，对其连接DC电源26的阴极端，一个用于盘21的电绝缘套22，一个至少部分地覆盖盘的取锥形壳形状的阳极罩23，和一个用于冷却盘21的冷却系统24。可调节DC电源26的阳极端通过一个固定电阻器36和一个开关37，与阳极罩23连接。图3的电极35能和图2的电极20同样地构造，并且原则上唯一不同是阳极罩23与电源26的阳极端连接。在一个真空室中(未示出)，由邻近电极35的蒸发系统27产生蒸气。蒸发系统27的功能和实施例遵照图2已经给出的说明。在本实施例中，阳极罩23具有防护其自身内表面和阴极盘21免受蒸发器27放出的敷层蒸气的功能。

在内置阴极盘21与整体阳极罩23之间的结合阳极/阴极电极35之内的电离室中，建立阴极放电电弧。这个放电从罩23发出，通过等离子体释放开口23a，进入从蒸发系统27上升的蒸气，使这种蒸气激励，并且形成一种等离子体，它由盘21的电离微粒、盘21的电子和蒸发系统27发出的蒸气之内的电离微粒组成。等离子体增强度能由电源26的能量输入调节，它又能由常规装置调节，并且独立于蒸发器27的电源。

点燃能借助于如图2已经叙述的点燃系统28。然而，盘21的放电形成等离子体，它在关闭结合电极35时，在阳极罩23之内凝结和淀积。这个淀积由导电微粒组成，其跨过盘21与罩23之间的间隙架桥，只要电极35停止激励，就引起短路。当激励开关37闭合，并且能量重新应用到电极35时，在阴极盘21与阳极盘23之间有一个能够点燃的瞬间短路。短路不会持续，因为紧接点燃之后，使阴极盘21与阳极罩23桥接的淀积重新蒸发，并且这样允许电极35点燃，并开始正常操作。

虽然图3仅表示一个蒸发器27，但是应该理解，结合阳极/阴极电极35能用来电离多个蒸发器的蒸气，产生各种不同组成的蒸气。由盘21和阳极罩23所形成的电离室中的温度增加，能上升到阳极罩极大侵蚀的点。通过冷却阳极罩的外面，例如，借助于水护38及进水流39’和出水流39”，能减小或防止阳极罩23的侵蚀。

连续供给电极

图4表示如在电极20和35的情况下已经叙述的电弧放电设备的实施例，其中可侵蚀元件能连续地替换，并且包括取条或杆形状的电极部件21a，它能由多个电极部件21a连续地替换，并且操作原则与图2和图3中的盘21同样。当电极部件21a是由电弧放电期间快速地蒸发的材料构成时，这个连续供给电极特别有利。快速地蒸发或侵蚀的电极部件21a的材料通常是有益的，因为它们帮助激励、电离和增强等离子体。特别是，如PCT International ApplicationPCT/US98/05293所报告，对于与活性气体例如氧混合的硅蒸气的等离子体增强，已经发现使用快速侵蚀材料，例如锌、黄铜和镁，对于PET瓶上敷层的阻挡特性来说非常有益。

各电极部件21a从一个限定装料室的壳体59连续地顺序供给，以便一次使多个电极部件中的一个供给电弧放电位置E。在各一个电极部件供给电弧放电位置E时，供给的一个电极部件在两个水冷半圆形冷却部分40a和40b之间紧夹。冷却部分40a和40b由柔性冷却水管41供应，并且安装在两个臂42a、42b上，这两个臂由铰链43固定，并且当希望时，通过常规机械装置44(没有详细表示)强制一起或分开，常规机械装置44可以包含常规电起动活塞或类似机构。如已经叙述那样，两个冷却部分40a、40b和两个臂42a、42b与DC电源26的阴极端电接触。铰链43与一个支持托架(未示出)连接，支持托架本身以电绝缘方式安装。

连同图2和图3已经叙述的罩23分裂成2半，形成一个分裂罩45，并且分裂罩45的两半通过电绝缘安装件，安装在臂42a、42b上，以便分裂罩45的一半安装在各臂42a和42b上，并且当臂42a、42b由机械装置44强制在一起时，分裂罩的两半一起形成一个完整罩。分裂罩45安排形成一个电离室，其中供给电部件21a。为了清楚起见，图4中分裂罩45用断线表示，以避免使图示过分复杂。

各电极部件21a在供给放电位置E时，保持在绝缘套46中，绝缘套46由一种惰性、绝缘、耐高温材料，例如玻璃或陶瓷构成，并且和壳体59一起由托架47支持。供给放电位置E的电极部件21a的后端压在一个活塞48上，活塞48能有一个驱动装置49移动。随着电极部件21a侵蚀，臂42a、42b周期地以电极部件的侵蚀过程和速度所确定的固定时间间隔打开，并且驱动装置49使电极部件21a沿方向B推动补偿侵蚀的量。通过适当地控制电源26的电流和电极部件21的材料纯度，能准确地确定电极部件21a的侵蚀速度。

仓库50保持无数未使用的电极部件21a。停止51保持一摞未使用的盘21，并且当驱动装置49上的定位器52确定驱动装置49已经前进到位置C空白的点时，允许一个未使用的电极部件21进入位置C，并且因此能适应替换电极部件21a。在该点，停止51由起动器53打开，并且正好允许一个替换电极部件21落到位置C。停止51和起动器53一起形成一个常规供给擒纵机构，并且将不作进一步叙述。

如方向B标记，电极部件21a在后端具有一个突起54，并且在前端具有一个匹配腔55，以便当由活塞推动时，突起和腔配合并紧夹在一起。如定位器52所探测，当位置C空闲接收替换电极部件21a时，驱动装置49沿方向D抽回，以形成替换电极部件21a的空间，于是由停止51允许替换电极部件21a落到位置C。驱动装置49然后前进，以推动替换盘21a，直到其前端的腔55与特定电极部件21a后端的突起54啮合和锁定为止，该特定电极部件21a在那时在放电位置E实际使用。其后，驱动装置40继续周期地使电极部件21a前进，以已经叙述的方式保持与侵蚀的协调。

图4所述系统打算安装在高真空壳体之内，并且在维护关闭期间，能使仓库50重新装满。如图4B所示，通过设置一个抽空室50a，还能从真空壳体外面供给仓库，该抽空室50a安排与真空壳体连通，并且由一个能由两个门56a、56b封闭的分开室组成。在仓库50的重新装满期间，通过关闭门56b，并且打开门56a，使分开抽空使50a达到大气压力。然后使抽空室50a装满电极部件21。然后关闭第二分隔间50a的门56a，并且通过操作阀57，使第二分隔间50a抽空。当第二分隔间50a被抽空时，打开门56b，并且允许电极部件21以控制方式从分隔间50a向下滚到分隔间50。在主真空壳体没有被排空下，这个过程能无限地重复。

当要求连续供给时，图4、图4A和图4B所述系统能用作连续供给装置，以替代图2的电极20，或图3的电极35。

测量蒸发速度和电离度的系统和设备

图5表示连续地测量蒸发系统27的蒸发速度的装置，其中蒸发系统27是一个简单的电加热坩埚，或一个如图1所述的连续供给系统，或一个如PCT International Application PCT/US98/05293那样的阴极电弧加热坩埚。图5还表示一种测量等离子体之内的电离度的装置。对于图5中蒸发速度和电离度测量装置的功能，能由例如图2、图3或图4所说明的电弧放电设备，或由其他装置产生等离子体。在图5说明的例子中，实际表示的等离子体形成装置是仅作为例子的结合阳极/阴极电极35。而且测量蒸发速度和电离度两个所述操作因素，能使用测量数据自动地或手动地调节这些所述因素。原则上，通过蒸发系统27的电源的常规可调节能量输入，能调节蒸发速度，并且通过电极35的电源26的常规可调节能量输入，能调节电离度。

图5的测量装置包括一个为电线60的导电元件，它由电绝缘支持61支持在真空汽相淀积敷层室之内的适当位置。导电元件60可以是其它形式的导电部件，例如板或杆。电线60通过开关63与电源62连接。当开关63闭合时，电线60加热，并且当开关63断开时，电线60冷却。开关63由一个定时器64断开/闭合，定时器64适当地控制断开/闭合顺序。电线60布置在待测量和控制的等离子体之内，并且对其暴露。当电线60加热时，源27的淀积微粒被蒸发，并且从电线60的表面除去，而当电线60没有加热时，在其表面建立淀积微粒。DC电源65通过一个安培计与电线60连接，并且通过源27的电离微粒，和真空室70至接地的壁的内侧，形成电路，从而本电路中产生的电流与等离子体的电阻有关，并且因此与电离度有关。

I/U(电流/电压)曲线图(见图5A)表示电离度与产生的电流(I)成正比。由于电线60敷有等离子体的固体微粒，如果这些微粒不导电，例如像硅石敷层处理的情况那样，则I/U曲线移位(见图5中的链点曲线)。当电线60加热时，淀积蒸发并且/或者溅射，并且在固定时间期限之内，电流回复到开始电离度的测量(见图5A中的实线曲线)。对于特定过程，固定时间期限和电流与电离度之间的关系必须实验确定。当已经进行电离度测量时，通过断开开关63，使加热器电路67切断。这样允许敷层微粒在电线60上建立，并且能开始蒸发速度测量。安培计66测量的电流变化速度与电线60上的不导电微粒的淀积速度有关，并且这样给出蒸发速度的测量。因此，通过交替使电线60加热到不对其加热，能进行蒸发速度和电离度两个测量。

在特定过程期间，当真空室的壁的内侧快速地敷有不导电材料时的情况下，在电线60与真空室至接地的壁之间，通过源27的电离微粒的电流的测量被破坏。图5b表示避免测量电路的这种破坏的装置。这种装置包括参考电线60a，具有其自身的加热/冷却装置，如在图5已经对于电线60所述那样，通过电源62a、开关63a和定时器64a提供。测量电路现在从AC或DC电源65’达到电线60，通过电离微粒到达电线60a，并且返回电源65’(对称使用有同样尺寸的电线60a和60，使得能够选择AC或DC电源)。电线60a以和真空室的内壁相同的方式接收敷层微粒，但是因为这些微粒在电线60a的加热循环期间被除去，所以保持不受影响。

自清洁真空汽相淀积系统

图6表示通过上述过程对制品敷层的真空室70，并且以示意图形式说明例如图1说明的蒸发源76，或另一个敷层蒸气源，一个待敷层的制品，即敷层衬底77，等离子体形成电极78，例如图2至图4公开的电极，和用于测量如图5说明的过程参数的装置80，全部安排在真空室中。周知真空敷层壳体的内部逐渐地成为敷有误导的敷层微粒，并且设备的这样不希望的敷层会严重地影响敷层性能，特别是真空系统的性能，因为使设备表面敷层的误导微粒捕获水蒸气和其他挥发物。这样必须经常关闭以进行维护清洁。

在真空壳体70之内安排几个探测器71，它们安装在绝缘套72之内，并且与电离电源73连接。取决于所应用的敷层的过程和类型，电源73可以是HF，或RF，或DC。电源73必须提供足够功率，以使真空壳体70内的气体电离。壳体70内气体电离的过程使壳体70之内的淀积快速地蒸发，并且当它们是易燃时(例如，由于塑料衬底析出的蒸气凝结而引起的有机淀积)，使这些淀积燃烧尽。这样减小了需要承担更多时间消耗和劳动强度清洁的频率。这种在整个真空壳体70使用关键地方安装的探测器71的清洁过程，会周期地点燃，通常不中断敷层处理。可选择地，在敷层处理的简短关闭期间，特别是典型地在1到10^-2mbar范围内通过增加压力，能增强真空壳体70之内清洁的情况下，能应用这个清洁过程。探测器71的材料必须适合电源的选择形式(HF或RF或DC)，并且在壳体70内的过程条件下耐腐蚀。适当材料的例子是不锈钢、铜和钛。

这样叙述了本发明，将会显而易见，本发明可以在许多方面变化。这样的变化不认为违反本发明的精神和范围，并且如对本领域技术人员将会显而易见，所有这样的变更打算包括在以下权利要求的范围之内。

Claims (123)

1.一种用于连续地熔化和蒸发固体材料的系统，包括：

一个熔化坩埚，用于接收和熔化固体材料，以形成熔化材料；和

一个蒸发坩埚，用于蒸发熔化材料，该蒸发坩埚与熔化坩埚流通地连接到熔化坩埚，以从熔化坩埚接收熔化材料，并且具有一个开口，以随着熔化材料蒸发，用于释放蒸气。

2.如权利要求1的熔化和蒸发系统，其中熔化坩埚具有一个开口，用于接收固体材料，并且该熔化和蒸发系统还包括一个供给器，以随着熔化材料蒸发，把固体材料供给熔化坩埚。

3.如权利要求2的熔化和蒸发系统，其中随着熔化材料蒸发，供给器自动地把固体材料供给熔化坩埚。

4.如权利要求3的熔化和蒸发系统，其中供给器把固体材料供给熔化坩埚，以便在熔化材料的蒸发期间，使蒸发坩埚中的熔化材料保持在大致恒定的液面。

5.如权利要求1的熔化和蒸发系统，还包括：

一个熔化坩埚加热器，以使熔化坩埚加热到第一温度，并且使熔化坩埚中的固体材料熔化；和

一个蒸发坩埚加热器，以使蒸发坩埚和蒸发坩埚中的熔化材料加热到不同于第一温度的第二温度，以使熔化材料蒸发。

6.如权利要求5的熔化和蒸发系统，其中蒸发坩埚加热器与熔化坩埚加热器可独立地控制。

7.如权利要求1的熔化和蒸发系统，其中安排蒸发坩埚，以便在熔化材料的蒸发期间，使熔化材料在蒸发坩埚中保持大致恒定的液面。

8.如权利要求1的熔化和蒸发系统，其中蒸发坩埚是一个导管，安排该导管，以便熔化材料通过该导管从熔化坩埚流到蒸发坩埚中的蒸气释放开口。

9.如权利要求1的熔化和蒸发系统，其中安排熔化坩埚和蒸发坩埚，以便熔化坩埚使熔化材料保持在第一液面，并且蒸发坩埚使熔化材料保持在和第一液面相同的第二液面。

10.如权利要求9的熔化和蒸发系统，其中熔化坩埚和蒸发坩埚并排安排，并且蒸发坩埚是一个导管，安排该导管，以便熔化材料通过该导管从熔化坩埚流到蒸发坩埚中的蒸气释放开口。

11.如权利要求9的熔化和蒸发系统，还包括一个液面监视器，用于监视熔化坩埚中的固体材料和熔化材料的液面。

12.如权利要求1的熔化和蒸发系统，其中安排熔化坩埚和蒸发坩埚，以便熔化坩埚使熔化材料保持在第一液面，而蒸发坩埚使熔化材料保持在比第一液面高的第二液面，并且蒸发坩埚通过毛细作用，使熔化材料从熔化坩埚通过蒸发坩埚吸到蒸气释放开口。

13.如权利要求11的熔化和蒸发系统，其中蒸发坩埚是一个导管，该导管至少部分地安排在熔化坩埚中，以便熔化材料通过导管从熔化坩埚流到蒸发坩埚中的蒸气释放开口。

14.如权利要求1的熔化和蒸发系统，其中安排熔化坩埚和蒸发坩埚，以便熔化坩埚使熔化材料保持在第一液面，而蒸发坩埚使熔化材料保持在比第一液面高的第二液面，并且蒸发坩埚通过热虹吸力，使熔化材料从熔化坩埚通过蒸发坩埚吸到蒸气释放开口。

15.如权利要求14的熔化和蒸发系统，其中：

蒸发坩埚是一个导管，它至少部分地安排在熔化坩埚中，具有一个伸到熔化坩埚中的固体和熔化材料的液面之上，达到蒸气释放开口的上部，以便熔化材料从熔化坩埚通过导管流到蒸发坩埚中的蒸气释放开口；并且

该熔化和蒸发系统还包括：

一个熔化坩埚加热器，以使熔化坩埚加热到第一温度，并且使熔化坩埚中的固体材料熔化；和

一个蒸发坩埚加热器，以使蒸发坩埚和蒸发坩埚中接近蒸气释放开口的熔化材料加热到不同于第一温度的第二温度，以使熔化材料蒸发。

16.如权利要求1的熔化和蒸发系统，其中熔化坩埚比蒸发坩埚大。

17.如权利要求1的熔化和蒸发系统，还包括一个热屏蔽，至少覆盖熔化坩埚的一部分。

18.如权利要求1的熔化和蒸发系统，还包括多个蒸发坩埚，用于蒸发熔化材料，每一蒸发坩埚与熔化坩埚流通地连接到熔化坩埚，以从熔化坩埚接收熔化材料，并且各有一个开口，以随着熔化材料蒸发，用于释放蒸气。

19.一种真空汽相淀积敷层系统，包括：

一个真空室，能够在该真空室之内保持真空；和

权利要求1的熔化和蒸发系统，安排在该真空室之内。

20.一种使固体材料熔化和蒸发的方法，包括如下步骤：

使熔化坩埚中的固体材料熔化，以形成熔化材料；

使熔化材料从熔化坩埚流到与熔化坩埚连接的蒸发坩埚；

使蒸发坩埚中的熔化材料蒸发，以形成蒸气；以及

从蒸发坩埚释放蒸气。

21.如权利要求20的方法，还包括随着熔化材料蒸发，把固体材料供给蒸发坩埚。

22.如权利要求21的方法，其中供给步骤包括随着熔化材料蒸发，自动地把固体材料供给熔化坩埚。

23.如权利要求22的方法，其中供给步骤还包括把固体材料供给熔化坩埚，以便在熔化材料的蒸发期间，使蒸发坩埚中的熔化材料保持在大致恒定的液面。

24.如权利要求20的方法，还包括步骤：

使熔化坩埚加热到第一温度，以使熔化坩埚中的固体材料熔化；以及

使蒸发坩埚和蒸发坩埚中的熔化材料加热到不同于第一温度的第二温度，以使熔化材料蒸发。

25.如权利要求20的方法，还包括在熔化材料的蒸发期间，使蒸发坩埚中熔化材料保持在大致恒定水平。

26.如权利要求20的方法，还包括使熔化坩埚中熔化材料保持在第一液面，并且使蒸发坩埚中熔化材料保持在第二液面，第一液面与第二液面相同。

27.如权利要求26的方法，还包括监视熔化坩埚中的固体材料和熔化材料的液面。

28.如权利要求20的方法，其中流动步骤包括通过毛细作用，使熔化材料从熔化坩埚通过蒸发坩埚吸到蒸发坩埚中的蒸气释放开口。

29.如权利要求20的方法，其中流动步骤包括通过热虹吸力，使熔化材料从熔化坩埚通过蒸发坩埚吸到蒸发坩埚中的蒸气释放开口。

30.一种用于连续地熔化和蒸发固体材料的系统，包括：

一个可枢轴转动的熔化坩埚，用于接收和熔化固体材料，以形成熔化材料；和

一个蒸发坩埚，安排在熔化坩埚之下，用于蒸发熔化材料，

其中熔化坩埚可选择地在一个竖立位置与一个倾斜位置之间枢轴转动，在竖立位置，熔化坩埚接收和熔化固体材料，而在倾斜位置，熔化坩埚把熔化材料灌注到蒸发坩埚。

31.如权利要求30的熔化和蒸发系统，还包括一个导管，以在倾斜位置从熔化坩埚接收熔化材料，并且把熔化材料传送到蒸发坩埚。

32.如权利要求30的熔化和蒸发系统，其中熔化坩埚具有一个开口，用于接收固体材料，并且该熔化和蒸发系统还包括一个供给器，以随着熔化材料蒸发，把固体材料供给熔化坩埚。

33.如权利要求32的熔化和蒸发系统，其中随着熔化材料蒸发，供给器自动地把固体材料供给熔化坩埚。

34.如权利要求30的熔化和蒸发系统，其中熔化坩埚包括一个喷口，以把熔化材料灌注到蒸发坩埚。

35.如权利要求34的熔化和蒸发系统，其中熔化坩埚还包括一个灌注筛，以防止固体材料和熔化材料一起传到蒸发坩埚。

36.一种用于连续地熔化和蒸发固体材料的方法，包括：

(a)使在竖立位置的熔化坩埚中的固体材料熔化，以形成熔化材料；以及

(b)使熔化坩埚从竖立位置枢轴转动到倾斜位置，并且把熔化材料灌注到安排在熔化坩埚之下的蒸发坩埚中；

(c)使熔化材料从蒸发坩埚蒸发；

(d)使熔化坩埚从倾斜位置枢轴转动到竖立位置；以及

(e)重复步骤(a)-(d)。

37.如权利要求36的方法，其中熔化坩埚具有一个开口，用于接收固体材料，并且该方法还包括随着熔化材料蒸发，把固体材料供给熔化坩埚。

38.如权利要求37的方法，其中随着熔化材料蒸发，供给器自动地把固体材料供给熔化坩埚。

39.一种用于连续地熔化和蒸发固体材料的系统，包括：

一个熔化坩埚，用于接收和熔化固体材料，以形成熔化材料；

一个导电蒸发部件，安排在熔化坩埚中，以使熔化材料蒸发；和

一个电源，以对蒸发部件提供电功率，以便电源、蒸发部件、熔化材料和熔化坩埚形成一个电路，该电源提供足够功率，以使蒸发部件加热，并且至少使得与蒸发部件接触的熔化材料的一部分蒸发。

40.如权利要求39的熔化和蒸发系统，还包括一个加热器，以最初至少熔化固体材料的一部分，以便固体材料的熔化部分能接通电路，并且蒸发部件变得能够加热、熔化和蒸发固体材料。

41.如权利要求39的熔化和蒸发系统，其中蒸发部件安排在熔化坩埚中，以便至少蒸发部件的一部分伸到熔化坩埚中的熔化材料之上，并且熔化材料被电路产生的电磁力向上吸到蒸发部件的部分，而且被蒸发部件的部分的热所蒸发。

42.如权利要求39的熔化和蒸发系统，其中蒸发部件是一个杆。

43.如权利要求39的熔化和蒸发系统，其中熔化坩埚具有一个开口，用于接收固体材料，并且熔化和蒸发系统还包括一个供给器，以随着熔化材料蒸发，把固体材料供给熔化坩埚。

44.如权利要求43的熔化和蒸发系统，其中随着熔化材料蒸发，供给器自动地把固体材料供给熔化坩埚。

45.如权利要求39的熔化和蒸发系统，其中加热器是电弧放电设备。

46.一种用于连续地熔化和蒸发固体材料的方法，包括：

使熔化坩埚装满固体材料；

把一个导电蒸发部件布置在熔化坩埚中；

至少使固体材料的一部分熔化，以形成熔化材料；以及

对蒸发部件供电，以便电源、蒸发部件、熔化材料和熔化坩埚形成一个电路，电源供给足够功率，以加热蒸发部件，并且至少使得与蒸发部件接触的熔化材料的一部分蒸发。

47.如权利要求46的方法，其中把蒸发部件布置在熔化坩埚中，以便至少蒸发部件的一部分伸到熔化坩埚中的熔化材料之上，并且熔化材料被电路产生的电磁力向上吸到蒸发部件的部分，而且被伸到熔化材料之上的蒸发部件的部分的热所蒸发。

48.如权利要求46的方法，其中蒸发部件是一个杆。

49.如权利要求46的方法，其中熔化坩埚具有一个开口，用于接收固体材料，并且该方法还包括随着熔化材料蒸发，把固体材料供给熔化坩埚。

50.如权利要求49的方法，其中随着熔化材料蒸发，供给器自动地把固体材料供给熔化坩埚。

51.如权利要求46的方法，其中加热器是一个电弧放电设备。

52.一种汽相淀积敷层系统，包括：

一个真空室，能够在该真空室之内保持真空；

一个敷层蒸气源，安排在真空室中；

一个第一电极，安排在真空室中；

一个第二电极，安排在真空室中，以便在第一电极与第二电极之间有一个间隙，并且当敷层蒸气源产生敷层蒸气时，敷层蒸气通过该间隙；

一个电源，以对第一和第二电极提供电功率，以便第一和第二电极成为带相反极性的电荷，并且在第一与第二电极之间产生电弧放电；和

一个开关，把电源与第一和第二电极连接，以在第一与第二电极之间选择性地转换极性。

53.如权利要求52的敷层系统，其中：

开关是第一开关；

第一和第二电极形成第一对电极；

该敷层系统还包括一个第二对电极，它包括相互隔开的第三电极和第四电极，以便在第三电极与第四电极之间有一个间隙，并且当敷层蒸气源产生敷层蒸气时，敷层蒸气通过该间隙；

电源对第三和第四电极提供电功率，以便第三和第四电极成为带相反极性的电荷，并且在第三与第四电极之间产生电弧放电；以及

一个第二开关把电源与第三和第四电极连接，以选择地在第三与第四电极之间转换极性，其中第一和第二开关定相，以便无论何时第一和第二对电极中的一对转换极性，则第一和第二对电极中的另一对在它们之间具有电弧放电。

54.如权利要求52的敷层系统，其中开关能够自动地和重复地在第一与第二电极之间转换极性。

55.如权利要求52的敷层系统，其中电弧放电能够使间隙中的敷层蒸气电离，并且形成等离子体。

56.如权利要求52的敷层系统，其中敷层蒸气源是一个用于熔化和蒸发固体材料的蒸发器。

57.如权利要求52的敷层系统，其中敷层蒸气源包括多个蒸发器，用于熔化和蒸发多种不同的固体材料。

58.如权利要求52的敷层系统，其中第一和第二电极包括一种电极材料，它在电弧放电期间，当被负充电时，相当大地侵蚀。

59.如权利要求58的敷层系统，其中第一电极的电极材料与第二电极的电极材料不同。

60.如权利要求52的敷层系统，其中开关能够以足够频率转换第一和第二电极的极性，以防止电极上的绝缘淀积使第一与第二电极之间的电弧放电中断。

61.如权利要求52的敷层系统，其中第一和第二电极的电源可与供给敷层蒸气源的功率独立地控制。

62.一种使汽相淀积敷层系统中的敷层蒸气电离的方法，包括步骤：

在一个真空室之内形成真空；

在真空室内供给敷层蒸气；

使敷层蒸气通过安排在真空室内的第一电极与安排在真空室内的第二电极之间的间隙；

对第一和第二电极供给电功率，以便第一和第二电极成为带相反极性的电荷，并且在第一与第二电极之间产生电弧放电；以及

在对第一和第二电极供给电功率的同时，转换第一与第二电极之间的极性。

63.如权利要求62的方法，其中转换步骤包括自动地和重复地转换第一与第二电极之间的极性。

64.如权利要求62的方法，其中电源是DC电源。

65.如权利要求62的方法，其中电弧放电使间隙中的敷层蒸气电离，并且形成等离子体。

66.如权利要求62的方法，其中形成敷层蒸气的步骤包括熔化和蒸发固体材料。

67.如权利要求62的方法，其中形成敷层蒸气的步骤包括熔化和蒸发多种不同的固体材料。

68.如权利要求62的方法，其中第一和第二电极包括一种电极材料，它在电弧放电期间，当被负充电时而蒸发。

69.如权利要求68的方法，其中第一电极的电极材料与第二电极的电极材料不同。

70.如权利要求62的方法，其中转换步骤包括以足够频率转换第一和第二电极的极性，以防止电极上的绝缘淀积使第一与第二电极之间的电弧放电中断。

71.一种汽相淀积敷层系统，包括：

一个真空室，能够在该真空室之内保持真空；

一个敷层蒸气源，安排在真空室内；

一个电弧放电设备，安排在真空室内，该电弧放电设备包括一个阴极，一个阳极罩，至少部分地覆盖阴极，和一种电绝缘材料，使阴极与阳极罩连接，安排该阴极和阳极罩，以形成一个电离室，并且阳极罩具有一个等离子体排放开口，以从电弧放电设备排放等离子体；和

一个电源，以对电弧放电设备提供电功率，以便当电源对电弧放电设备供给电功率时，阴极成为负充电，而阳极罩成为正充电，以便(a)在电离室中，在阴极与阳极罩之间产生电弧放电，(b)阴极发射电子，并且使真空室中由敷层蒸气源提供的敷层蒸气电离，(c)在电离室之内，阴极蒸发并且形成电离阴极蒸气，以及(d)电离阴极蒸气从阳极罩的排放开口放出，并且与敷层蒸气混合。

72.如权利要求71的敷层系统，还包括一个点燃器，以点燃电离室中的电弧放电。

73.如权利要求72的敷层系统，其中点燃器包括一个导电元件，与阳极罩和电源连接，和一个机构，以选择地把导电元件与阴极连接，以点燃电弧放电设备，并且可选择地，使导电元件与阴极断开。

74.如权利要求71的敷层系统，其中绝缘材料包括一个套筒，阴极包括一个安排在套筒中的金属盘，绝缘材料包括一个套筒，并且阳极罩从套筒到排放开口逐渐变细。

75.如权利要求71的敷层系统，其中电源是DC电源。

76.如权利要求71的敷层系统，其中敷层蒸气源是一个使固体材料熔化和蒸发的蒸发器。

77.如权利要求71的敷层系统，其中敷层蒸气源包括多个蒸发器，用于熔化和蒸发多种不同的固体材料。

78.如权利要求71的敷层系统，其中阴极包括一种电极材料，它在电弧放电期间蒸发。

79.如权利要求78的敷层系统，其中阴极的电极材料具有一种和敷层蒸气组成不同的组成。

80.如权利要求71的敷层系统，其中电弧放电设备的电源可与供给敷层蒸气源的电源独立地控制。

81.如权利要求71的敷层系统，其中阳极罩具有一个内表面，并且使内表面和阴极与敷层蒸气屏蔽。

82.一种使汽相淀积敷层系统中的敷层蒸气电离的方法，包括如下步骤：

在一个真空室之内形成真空；

在真空室内供给敷层蒸气；

使敷层蒸气邻近通过真空室内安排的电弧放电设备，该电弧放电设备包括一个阴极，一个阳极罩，至少部分地覆盖阴极，和一种电绝缘材料，把阴极与阳极罩连接，该阴极和阳极罩安排形成一个电离室，并且阳极罩具有一个等离子体排放开口；以及

对电弧放电设备供给电功率，以便阴极成为负充电，而阳极罩成为正充电，以便(a)在电离室中，在阴极与阳极罩之间产生电弧放电，(b)阴极发射电子，并且使真空室中由敷层蒸气源提供的敷层蒸气电离，(c)在电离室之内，阴极蒸发并且形成电离阴极蒸气，以及(d)电离阴极蒸气从阳极罩的排放开口放出，并且与敷层蒸气混合。

83.如权利要求82的方法，还包括使电离室中的电弧放电点燃的步骤。

84.如权利要求82的方法，其中绝缘材料包括一个圆筒套，阴极包括一个金属盘，安排在圆筒套中，绝缘材料包括一个圆筒套，并且阳极罩包括一个截顶圆锥形壳，从圆筒套延伸到排放开口。

85.如权利要求82的方法，其中供给的电功率是DC功率。

86.如权利要求82的方法，其中通过熔化和蒸发固体材料，供给敷层蒸气。

87.如权利要求82的方法，其中通过熔化和蒸发多种不同的固体材料，供给敷层蒸气。

88.如权利要求82的方法，其中敷层蒸气具有一种组分，并且阴极蒸发，以形成一种与敷层蒸气组分不同的组分。

89.如权利要求82的方法，还包括与供给敷层蒸气源的电源独立地控制电弧放电设备的电源。

90.一种连续供给的电极，包括：

多个电极部件，当在电弧放电下放电时蒸发；

一个外壳，限定一个装料室，以顺序地接收电极部件；和

一个电极部件供给器，以通过外壳连续地把多个电极部件顺序地供给电弧放电位置，以便多个电极部件中一次有一个处在电弧放电位置。

91.如权利要求90的电极，还包括一个罩，以至少部分地覆盖处在电弧放电位置的一个电极部件，该罩包括一个排放开口。

92.如权利要求90的电极，其中电极起电弧放电设备中的阴极作用。

93.如权利要求90的电极，还包括一个仓库，以把多个电极部件顺序地供给外壳。

94.如权利要求93的电极，其中仓库自动地把电极部件供给外壳，以便电极部件供给器能通过外壳，连续地把多个电极部件顺序地供给电弧放电位置。

95.如权利要求90的电极，其中电极部件各在一端有一个空腔，而在对端有一个突起，以便当把电极部件送过和送出外壳时，多个电极部件的突起和空腔配合。

96.如权利要求90的电极，还包括一个冷却器，以冷却处在电弧放电位置的一个电极部件。

97.一种电弧放电设备，包括权利要求68的连续供给电极，一个阳极，和一个电源，以对一个电极部件和阳极供给电功率，以便该一个电极部件和阳极成为带相反极性的电荷，使该一个电极具有阴极电荷，而阳极具有阳极电荷，并且在该一个电极部件与阳极之间产生电弧放电，以便多个电极部件在电弧放电位置顺序地蒸发。

98.一种电弧放电设备，包括权利要求91的连续供给电级，和一个电源，其中：

连续供给电极还包括一种电绝缘材料，使一个电极部件在电弧放电位置与罩绝缘；

安排罩，以形成一个电离室，从外壳对其供给电极部件；并且

当电源对电弧放电设备供给电功率时，电离室中电弧放电位置的一个电极部件成为负充电，而罩成为正充电，以便在电离室中在一个电极部件与罩之间产生电弧放电，一个电极部件发射电子，在电离室之内蒸发并形成电离阴极蒸气，并且电离阴极蒸气从罩的排放开口发出。

99.一种汽相淀积敷层系统，包括：

一个真空室，能够在该真空室之内保持真空；

一个敷层蒸气源，安排在真空室中；

权利要求90的连续供给电极，安排在真空室中；

一个第二电极，安排在真空室中；

一个电源，以对一个电极部件和第二电极部件供给电功率，以便一个电极部件和第二电极成为带相反极性的电荷，产生电弧放电，并且使敷层蒸气电离。

100.如权利要求99的汽相淀积敷层系统，还包括一个抽空室，以当真空室保持真空的时候，把电极部件供给真空室，该抽空室能够从真空室外面接收电极部件，在真空下从抽空室抽空气，并且在不破坏真空室之内的真空下，把电极部件供给真空室。

101.一种用于产生电弧放电的方法，包括如下步骤：

通过电极外壳连续地把多个电极部件顺序地供给电弧放电位置，以便多个电极部件中一次有一个在电弧放电位置；以及

在把一个电极部件供给电弧放电位置时，对一个电极部件和一个接近该一个电极部件的第二电极部件供给电功率，以便该一个电极部件和阳极成为带相反极性的电荷，使一个电极具有阴极电荷，而阳极具有阳极电荷，并且在该一个电极部件与阳极之间产生电弧放电，以便多个电极部件顺序地在电弧放电位置蒸发。

102.如权利要求101的方法，还包括使电弧放电位置的电极部件冷却。

103.一种用于真空汽相淀积敷层的方法，包括步骤：

在一个真空室之内形成真空；

对真空室内供给敷层蒸气；

根据权利要求101的方法在真空室内产生电弧放电；以及

使敷层蒸气邻近通过电弧放电。

104.一种汽相淀积敷层系统，包括：

一个电离蒸气壳体；

一个以蒸发速度在电离蒸气壳体中产生敷层蒸气的蒸发器；

一个电离源，以使敷层蒸气电离到电离化的程度；和

一个设备，用于测量蒸发器的蒸发速度和敷层蒸气的电离度，包括：

一个导电元件；

一个安培计，与导电元件连接，以测量通过导电元件的电流；

一个电源，以通过安培计对导电元件供给电流；和

一个开关，以选择地把电源与导电元件连接，闭合电路，并且使电源加热导电元件，而且可选择地，使电源与导电元件断开，断开电路，并且允许导电元件冷却，

其中，当开关断开，并且对导电元件供给电功率时，形成第一电路，并且电流从电源流过导电元件、安培计和电离蒸气，到达地，而且当开关闭合，并且对导电元件供给电功率时，形成第二电路，并且电流从电源流过导电元件、安培计和开关。

105.如权利要求104的测量设备，还包括一个定时器，用于控制开关的断开和闭合。

106.如权利要求104的测量设备，其中导电元件安排在电离蒸气壳体中，以便当开关断开，并且对导电元件供给电功率时，电流从导电元件流到电离蒸气壳体和接地。

107.如权利要求104的测量设备，其中导电元件是电线。

108.如权利要求104的测量设备，其中导电元件是第一导电元件，并且测量设备还包括安排在电离蒸气壳体中的第二导电元件，以便当开关断开，并且对第一导电元件供给电功率时，电流从第一导电元件流到第二导电元件和接地。

109.一种用于测量汽相淀积敷层系统中电离度的方法，该汽相淀积敷层系统包括一个电离蒸气壳体，一个蒸发器，以在电离蒸气壳体中产生敷层蒸气，和一个电离源，以使敷层蒸气电离到电离化的程度，该方法包括步骤：

使一个导电元件暴露在电离蒸气壳体中的电离敷层蒸气中，

对导电元件供给电流，以便电流流过导电元件和电离蒸气，流到接地；以及

用安培计测量通过导电元件的电流。

110.如权利要求108的方法，其中供给导电元件的电功率从导电元件流到电离蒸气壳体和接地。

111.如权利要求108的方法，其中导电元件是电线。

112.一种用于测量汽相淀积敷层系统中蒸发器的蒸发速度的方法，该汽相淀积敷层系统包括一个电离蒸气壳体，蒸发器，以蒸发速度在电离蒸气壳体中产生敷层蒸气，和一个电离源，以使敷层蒸气电离，该方法包括步骤：

使一个导电元件暴露在电离敷层蒸气中；

对导电元件供给电流，并且闭合包括该导电元件的第一电路，以使导电元件加热；

断开第一电路；并且其后

当仍然对导电元件供给电流的时候，用一个安培计测量通过导电元件和电离敷层蒸气到接地的电流的变化速度。

113.如权利要求112的方法，其中电源是DC电源。

114.如权利要求112的方法，其中供给导电元件的电功率从导电元件流到电离蒸气壳体和接地。

115.如权利要求112的方法，其中导电元件是电线。

116.一种汽相淀积敷层系统，包括：

一个真空室，具有一个内腔，并且能够保持真空室之内的真空；

一个电离敷层蒸气源，安排在真空室中；

一个电极，安排在真空室中；和

一个电离电源，与电极连接，以对电极供给足够功率，以使真空室中的气体电离，以便电离气体使淀积的挥发性材料从真空室的内部除去。

117.如权利要求116的汽相淀积敷层系统，其中电离电源从高频、射频或DC电源中选择。

118.如权利要求116的汽相淀积敷层系统，还包括多个电极，安排在真空室中，并且其中电源与多个电极连接，以对电极供给足够功率，以使真空室中的气体电离，以便电离气体使淀积的敷层蒸气从真空室的内部除去。

119.如权利要求116的汽相淀积敷层系统，其中电离气体使得真空室内部由敷层蒸气淀积的挥发性或可氧化微粒除去。

120.一种用于除去汽相淀积敷层系统中由敷层蒸气在真空室中淀积的材料的方法，包括如下步骤，对安排在真空室中的电极供给足够电离功率，以使真空室中的气体电离，以便电离气体从真空室的内部除去淀积的敷层蒸气。

121.如权利要求120的方法，还包括对多个电极供给足够功率，以使真空室中的气体电离，以便电离气体从真空室的内部除去淀积的敷层蒸气。

122.如权利要求120的方法，其中电离电源从高频、射频或DC电源中选择。

123.如权利要求120的方法，其中电离气体除去真空室的内部由敷层蒸气淀积的挥发性或可氧化微粒。

Images